Периодочастотомер

Предлагаемая полезная модель относится к электроизмерительной технике и может быть использована для построения электронных периодочастотомеров.

Периодочастотомер, содержащий генератор образцовой частоты, выход которого соединен с первым входом схемы «И», формирователь импульсов, вход которого является входом периодочастотомера, микроконтроллер, первый информационный вход которого связан с информационным выходом первого счетчика импульсов, а второй его информационный вход присоединен к информационному выходу второго счетчика импульсов, кроме того, первый управляющий выход микроконтроллера связан с входом управления первого счетчика, а второй его управляющий выход связан с входом управления второго счетчика, выход генератора образцовой частоты соединен со счетным входом первого счетчика, а выход формирователя импульсов связан со счетным входом второго счетчика и вторым входом схемы «И», выход которой соединен с импульсным входом микроконтроллера, который имеет цифровой ввод-вывод.

В следствии уменьшения длительности импульса генератора образцовой частоты уменьшена максимальная методическая абсолютная погрешность измерения периода (частоты).

Предлагаемая полезная модель относится к электроизмерительной технике и может быть использована для построения электронных периодочастотомеров.

Известен периодочастотомер (Орнатский П.П. Автоматические измерения и приборы (аналоговые и цифровые) - К.: Вища шк., 1986), который состоит из формирователя импульсов измеряемых периодов, генератора образцовой частоты ( где T₀ период F₀), двух счетчиков и блока вычисления. Время измерения t_u=N_x ·T_х (где N_х - целое число, T_х - измеряемый период частоты F_x) определяется количеством N_x импульсов измеряемой частоты, при чем N_x задается до начала измерения. Результат измерения периода пропорционален числу (N₀) образцовых периодов, укладывающихся в t _u, и деленному на N_x, т.е. T_х=N ₀T₀/N_x.

Однако в таком периодочастотомере максимальная методическая абсолютная погрешность по модулю равна T₀, а максимальная относительная равна 1/N₀. С уменьшением измеряемого периода T_х (т.е. с увеличением частоты F_x), при заданном F ₀ и N_x относительная погрешность измерения периода возрастает, т.к. уменьшается N₀, что является основным недостатком этого периодочастотомера.

Кроме того, известен периодочастотомер («УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТЫ И ПЕРИОДА ГАРМОНИЧЕСКОГО СИГНАЛА» АС 788018), являющийся прототипом предлагаемой полезной модели. Он содержит микроконтроллер, два счетчика импульсов с дешифраторами кодов, генератор образцовой частоты, выход которого через первый элемент «И» соединен со счетным входом первого счетчика, входной формирователь, выход которого через второй элемент «И» соединен со счетным входом второго счетчика и первым входом третьего элемента «И», первый триггер, установочный вход которого соединен с выходом третьего элемента «И», прямой выход - с управляющими входами первого и второго элементов «И», инверсный выход - с управляющим входом микроконтроллера, второй триггер, четвертый, пятый и шестой элементы «И», причем выход дешифратора кодов первого счетчика соединен со входом пятого элемента «И», второй вход которого соединен с выходом первого элемента «И», а выход - с установочным входом второго триггера, выходы дешифратора кодов второго счетчика соединены с входами шестого элемента «И», управляющий выход микроконтроллера соединен со вторым входом третьего элемента «И», третий триггер, установочный вход которого соединен с выходом шестого элемента «И», элемент «И», первый вход которого соединен с выходом третьего триггера, элемент «ИЛИ», входы которого соединены с выходами четвертого и седьмого элементов «И», а выход со входа сброса первого триггера, причем информационные входы микроконтроллера соединены с выходами первого и второго счетчиков, выход первого элемента «И» соединен со вторым входом седьмого элемента «И», выход второго элемента «И» соединен с вторыми входами четвертого и шестого элементов «И», а выход второго триггера подключен к первому входу четвертого элемента «И».

Недостатком прототипа является то, что максимальная методическая абсолютная погрешность измерения периода (частоты) равна периоду образцовой частоты.

Задачей предлагаемого полезной модели является уменьшение максимальной методической абсолютной погрешности измерения периода (частоты).

Поставленная задача достигается тем, что, в известном периодочастотомере, содержащем генератор образцовой частоты, выход которого соединен с первым входом схемы «И», формирователь импульсов, вход которого является входом периодочастотомера и микроконтроллер, первый информационный вход микроконтроллера связан с информационным выходом первого счетчика импульсов, а второй его информационный вход присоединен к информационному выходу второго счетчика импульсов, кроме того, первый управляющий выход микроконтроллера связан с входом управления первого счетчика, а второй его управляющий выход связан с входом управления второго счетчика, выход генератора образцовой частоты соединен со счетным входом первого счетчика, а выход формирователя импульсов связан со счетным входом второго счетчика и вторым входом схемы «И», выход которой соединен с импульсным входом микроконтроллера, который имеет цифровой ввод-вывод.

На чертеже изображена функциональная схема полезной модели.

Генератор образцовой частоты 1 (ГОЧ);

Формирователь импульсов 2 (Ф);

Схема «И» 3 (И);

Первый и второй счетчики импульсов (4 и 5, соответственно);

Микроконтроллер 6 (МК);

Цифровой ввод-вывод 7 микроконтроллера 6

Генератор образцовой частоты 1 соединен с первым входом схемы «И» 3 и счетным входом первого счетчика импульсов 4, вход периодочастотомера соединен с формирователем импульсов 2, который соединен со вторым входом схемы «И» 3 и счетным входом счетчика импульсов 5. Информационные выходы счетчиков импульсов 4 и 5 соединены с соответствующими информационными входами микроконтроллера 6, который имеет цифровой ввод-вывод 7. Кроме того, выход схемы «И» 3 связан с импульсным входом микроконтроллера 6, управляющие выходы которого связаны с управляющими входами счетчиков 4 и 5.

Генератор образцовой частоты 1 может быть выполнен, например, на кварцевом генераторе, который генерирует с периодом T₀ единичные импульсы заданной длительности (₀). Формирователь импульсов 2 измеряемой частоты может быть выполнен в виде компаратора с последовательной включенной дифференцирующей цепочкой, генерирующего короткие единичные импульсы. Счетчики импульсов 4 и 5 могут быть выполнены по традиционной схеме на триггерах. Микроконтроллер 6 выбирается исходя из диапазона и точности измерения частоты, выполнения вычислительных операций и управления элементами периодочастотомера. В качестве такого микроконтроллера 6 может быть выбрана схема, например, ATMEL AT90S2313.

Предлагаемая полезная модель работает следующим образом. Генератор образцовой частоты 1 генерирует импульсы с заданной длительностью (₀), которая является максимальной абсолютной методической погрешностью измерения частоты (периода) и периодом T₀, которые поступают на счетный вход первого счетчика импульсов 4 и на первый вход схемы «И» 3. Формирователь импульсов 2 формируют импульсы с минимальной возможной длительностью определяемой типом логических микросхем, используемых в нем. Далее эти импульсы поступают на счетный вход второго счетчика импульсов 5 и на второй вход схемы «И» 3. После того как импульсы, поступившие на входы схемы «И» 3 совпадут, на выходе схемы «И» 3 сформируется импульс, который поступит на импульсный вход микроконтроллера 6, который с помощью управляющих выходов подаст воздействие на управляющие входы счетчиков импульсов 4 и 5, обнуляя их и разрешая счет импульсов, которые поступают на счетные входы счетчиков импульсов 4 и 5, от генератора образцовой частоты 1 на вход первого счетчика импульсов 4 и от формирователя импульсов 2 на вход второго счетчика импульсов 5. С этого момента времени начинается подсчет образцовых и измеряемых периодов на счетчиках импульсов 4 и 5, соответственно. Далее после каждого последующего совпадения импульсов на входах схемы «И» 3 и прихода ее выходных импульсов на вход микроконтроллера 6, он считывает коды, накопленные в счетчиках 4 и 5. Микроконтроллер 6 вычисляет относительную методическую погрешность, которая определяется отношением длительности импульса ₀, генерируемого генератором образцовой частоты 1, к интервалу времени, отсчитанному от момента первого совпадения импульсов на входе схемы «И» 3 до момента совпадения импульсов при котором рассчитывается погрешность, если она удовлетворяет заданному значению, то выводится результат измерения периода (частоты) через устройство цифрового ввода-вывода 7 и запускается следующий цикл измерения периода (частоты) путем установления счетчиков 4 и 5 в ноль, если методическая погрешность дискретности не удовлетворяет заданной, то процесс измерения периода (частоты) продолжается до выполнения условия достижения заданного значения относительной методической погрешности.

Таким образом, максимальная абсолютная методическая погрешность уменьшена по сравнению с прототипом и равна длительности импульса генерируемого генератором 1. Длительность этого импульса задается заранее и выбирается из диапазона (0,1-0,01)T₀, что на один-два порядка уменьшает максимальную методическую абсолютную погрешность измерения периода (частоты).

Периодочастотомер, содержащий генератор образцовой частоты, выход которого соединен с первым входом схемы «И», формирователь импульсов, вход которого является входом периодочастотомера, микроконтроллер, первый информационный вход которого связан с информационным выходом первого счетчика импульсов, а второй его информационный вход присоединен к информационному выходу второго счетчика импульсов, отличающийся тем, что микроконтроллер выполнен с возможностью вычисления относительной методической погрешности, при этом первый управляющий выход микроконтроллера связан с входом управления первого счетчика, а второй его управляющий выход связан с входом управления второго счетчика, выход генератора образцовой частоты соединен со счетным входом первого счетчика, а выход формирователя импульсов связан со счетным входом второго счетчика и вторым входом схемы «И», выход которой соединен с импульсным входом микроконтроллера, который имеет цифровой ввод-вывод.